C++的IO流操作

文章目录

- C语言的输入与输出
- 流是什么
- C++IO流
- C++标准IO流
- C++文件IO流
- - 二进制读写
  - 文本读写
- stringstream的简单介绍

C语言的输入与输出

C语言的输入与输出 C语言中我们用到的最频繁的输入输出方式就是scanf()与printf()。 scanf(): 从标准输入设备(键盘)读取数据，并将值存放在变量中。printf(): 将指定的文字/字符串输出到标准输出设备(屏幕)。注意宽度输出和精度输出控制。C语言借助了相应的缓冲区来进行输入与输出。

对输入输出缓冲区的理解：

可以屏蔽掉低级I/O的实现，低级I/O的实现依赖操作系统本身内核的实现，所以如果能够屏蔽这部分的差异，可以很容易写出可移植的程序。
可以使用这部分的内容实现“行”读取的行为，对于计算机而言是没有“行”这个概念，有了这部分，就可以定义“行”的概念，然后解析缓冲区的内容，返回一个“行”。

流是什么

“流”即是流动的意思，是物质从一处向另一处流动的过程，是对一种有序连续且具有方向性的数据（其单位可以是bit,byte,packet ）的抽象描述。
C++流是指信息从外部输入设备（如键盘）向计算机内部（如内存）输入和从内存向外部输出设备（显示器）输出的过程。这种输入输出的过程被形象的比喻为“流”。

它的特性是：有序连续、具有方向性

为了实现这种流动，C++定义了I/O标准类库，这些每个类都称为流/流类，用以完成某方面的功能

C++IO流

C++系统实现了一个庞大的类库，其中ios为基类，其他类都是直接或间接派生自ios类

在这里插入图片描述

C++标准IO流

C++标准库提供了4个全局流对象cin、cout、cerr、clog，使用cout进行标准输出，即数据从内存流向控制台(显示器)。使用cin进行标准输入即数据通过键盘输入到程序中，同时C++标准库还提供了cerr用来进行标准错误的输出，以及clog进行日志的输出，从上图可以看出，cout、 cerr、clog是ostream类的三个不同的对象，因此这三个对象现在基本没有区别，只是应用场景不同。

注意：

cin为缓冲流。键盘输入的数据保存在缓冲区中，当要提取时，是从缓冲区中拿。如果一次输入过多，会留在那儿慢慢用，如果输入错了，必须在回车之前修改，如果回车键按下就无法挽回了。只有把输入缓冲区中的数据取完后，才要求输入新的数据。
输入的数据类型必须与要提取的数据类型一致，否则出错。出错只是在流的状态字state中对应位置位（置1），程序继续。
空格和回车都可以作为数据之间的分格符，所以多个数据可以在一行输入，也可以分行输入。但如果是字符型和字符串，则空格（ASCII码为32）无法用cin输入，字符串中也不能有空格。回车符也无法读入。
cin和cout可以直接输入和输出内置类型数据，原因：标准库已经将所有内置类型的输入和输出全部重载了
对于自定义类型，如果要支持cin和cout的标准输入输出，需要对<<和>>进行重载。
在线OJ中的输入和输出：
- 对于IO类型的算法，一般都需要循环输入：
- 输出：严格按照题目的要求进行，多一个少一个空格都不行。
- 连续输入时，vs系列编译器下在输入ctrl+Z时结束

// 单个元素循环输入 
while(cin>>a) 
{ 
	// ... 
} 
// 多个元素循环输入 
while(c>>a>>b>>c) 
{ 
	// ... 
} 
// 整行接收 
while(cin>>str) 
{
	// ... 
}

istream类型对象转换为逻辑条件判断值

istream& operator>> (int& val); 
explicit operator bool() const;

实际上我们看到使用while(cin>>i)去流中提取对象数据时，调用的是operator>>，返回值是 istream类型的对象，那么这里可以做逻辑条件值，源自于istream的对象又调用了operator bool，operator bool调用时如果接收流失败，或者有结束标志，则返回false。

class Date
{
	friend ostream& operator << (ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator >> (istream& in, Date& d);
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}

	operator bool()
	{
		// 这里是随意写的，假设输入_year为0，则结束
		if (_year == 0)
			return false;
		else
			return true;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

istream& operator >> (istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;
}

ostream& operator << (ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << " " << d._month << " " << d._day;
	return out;
}

// C++ IO流，使用面向对象+运算符重载的方式
// 能更好的兼容自定义类型，流插入和流提取
int main()
{
	// 自动识别类型的本质--函数重载
	// 内置类型可以直接使用--因为库里面ostream类型已经实现了
	int i = 1;
	double j = 2.2;
	cout << i << endl;
	cout << j << endl;

	// 自定义类型则需要我们自己重载<< 和 >>
	Date d(2022, 4, 10);
	cout << d;
	while (d)
	{
		cin >> d;
		cout << d;
	}

	return 0;
}

C++文件IO流

C++根据文件内容的数据格式分为二进制文件和文本文件。采用文件流对象操作文件的一般步骤：

定义一个文件流对象
- ifstream ifile(只输入用)
- ofstream ofile(只输出用)
- fstream iofile(既输入又输出用)
使用文件流对象的成员函数打开一个磁盘文件，使得文件流对象和磁盘文件之间建立联系
使用提取和插入运算符对文件进行读写操作，或使用成员函数进行读写
关闭文件

二进制读写

// 二进制读写
#include<fstream>

struct ServerInfo
{
	char _address[32];
	// 不要使用string
	// string _address;
	double _x;

	Date _date;
};

class BinIO
{
public:
	BinIO(const char* filename = "info.bin")
		:_filename(filename)
	{}

	void Write(const ServerInfo& winfo)
	{
		// 写是ofstream
		ofstream ofs(_filename, ofstream::out | ofstream::binary);
		ofs.write((char*)&winfo, sizeof(winfo));
		ofs.close();
	}

	void Read(const ServerInfo& rinfo)
	{
		// 读是ifstream
		ifstream ifs(_filename, ifstream::in | ifstream::binary);
		ifs.read((char*)&rinfo, sizeof(rinfo));
		ifs.close();
	}

private:
	string _filename;
};


// 一个进程读写
//int main()
//{
//	// 二进制写文件
//	ServerInfo winfo = { "192.168.1.1", 12.13, { 2022, 4, 10 } };
//	BinIO bin;
//	bin.Write(winfo);
//
//	// 读文件
//	ServerInfo rinfo;
//	BinIO bin;
//	bin.Read(rinfo);
//
//	cout << rinfo._address << endl;
//	cout << rinfo._x << endl;
//	cout << rinfo._date << endl;
//
//	return 0;
//}

// 写操作
//int main()
//{
//	// 二进制写文件
//	ServerInfo winfo = { "192.168.1.1", 12.13, { 2022, 4, 10 } };
//	BinIO bin;
//	bin.Write(winfo);
//
//	return 0;
//}


// 读操作
int main()
{
	// 读文件
	ServerInfo rinfo;
	BinIO bin;
	bin.Read(rinfo);

	cout << rinfo._address << endl;
	cout << rinfo._x << endl;
	cout << rinfo._date << endl;

	return 0;
}

可以看到是正常的

在这里插入图片描述

当把这里的char _address[32]换成string

在这里插入图片描述

代码就显示异常退出了，这里是因为同一个进程写和读是有浅拷贝的风险

在这里插入图片描述

一个进程读，过一会一个进程写，会出现野指针访问

在这里插入图片描述

文本读写

class TextIO
{
public:
	TextIO(const char* filename = "info.text")
		:_filename(filename)
	{}

	void Write(const ServerInfo& winfo)
	{
		ofstream ofs(_filename);
		ofs << winfo._address << endl;
		ofs << winfo._x << endl;
		ofs << winfo._date << endl;
	}

	void Read(ServerInfo& rinfo)
	{
		ifstream ifs(_filename);
		ifs >> rinfo._address;
		ifs >> rinfo._x;
		ifs >> rinfo._date;
	}

private:
	string _filename;
};

// 写
//int main()
//{
//	ServerInfo winfo = { "192.168.1.1", 12.13, { 2022, 4, 10 } };
//
//	TextIO text;
//	text.Write(winfo);
//
//	return 0;
//}

// 读
int main()
{
	ServerInfo info;
	TextIO text;
	text.Read(info);

	cout << info._address << endl;
	cout << info._x << endl;
	cout << info._date << endl;

	return 0;
}

stringstream的简单介绍

在C语言中，如果想要将一个整形变量的数据转化为字符串格式，如何去做？

使用itoa()函数
使用sprintf()函数

但是两个函数在转化时，都得需要先给出保存结果的空间，那空间要给多大呢，就不太好界定，而且转化格式不匹配时，可能还会得到错误的结果甚至程序崩溃。

int main()
{
	int n = 123456789;
	char s1[32];
	_itoa(n, s1, 10);
	char s2[32];
	sprintf(s2, "%d", n);
	char s3[32];
	sprintf(s3, "%f", n);
	return 0;
}

在C++中，可以使用stringstream类对象来避开此问题。
在程序中如果想要使用stringstream，必须要包含头文件。在该头文件下，标准库三个类：
istringstream、ostringstream 和 stringstream，分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作，本文主要介绍stringstream。

stringstream主要可以用来：

将数值类型数据格式化为字符串

注意多次转换时，必须使用clear将上次转换状态清空掉
stringstream在转换结尾时(即最后一个转换后),会将其内部状态设置为badbit，因此下一次转换是必须调用clear()将状态重置为goodbit才可以转换
但是clear()不会将stringstream底层字符串清空掉，将stringstream底层管理string对象设置成""，否则多次转换时，会将结果全部累积在底层string对象中

int main()
{
	int a = 12345678;
	// 将一个整形变量转化为字符串，存储到string类对象中
	stringstream s;
	s << a;
	string sa;
	s >> sa;
	cout << sa << endl;

	s.str("");
	s.clear(); // 清空s, 不清空会转化失败

	double d = 12.34;
	s << d;
	s >> sa;
	string sValue;
	sValue = s.str(); // str()方法：返回stringsteam中管理的string类型
	cout << sValue << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

字符串拼接

int main()
{
	// C语言的方式拼接
	char sql1[128];
	char name[10];
	scanf("%s", name);

	sprintf(sql1, "select * from t_scroe where name = '%s'", name);
	printf("%s\n", sql1);

	// C++的方式拼接
	string sql2;
	sql2 += "select * from t_scroe where name = '";
	sql2 += name;
	sql2 += "'";
	cout << sql2 << endl;

	// 使用ostringstream方法一：分开写
	Date d(2024, 1, 19);
	ostringstream oss;
	oss << d;
	string sql3;
	sql3 += "select * from t_data where date = '";
	sql3 += oss.str();
	sql3 += "'";
	cout << sql3 << endl;

	// 使用ostringstream方法二：直接写
	ostringstream sqloss;
	sqloss << "select * from t_data where date = '"<< d << "'";
	cout << sqloss.str() << endl;

	return 0;
}

序列化和反序列化结构数据

struct ChatInfo
{
	string _name; // 名字
	int _id;      // id
	Date _date;   // 时间
	string _msg;  // 聊天信息
};

int main()
{
	ChatInfo winfo = { "张三", 135246, { 2022, 4, 10 }, "晚上一起看电影吧" };
	stringstream oss;
	oss << winfo._name << endl;
	oss << winfo._id << endl;
	oss << winfo._date << endl;
	oss << winfo._msg << endl;
	cout << oss.str() << endl;

	// 网络输出
	ChatInfo rinfo;
	string str = oss.str();
	stringstream iss(str);
	iss >> rinfo._name;
	iss >> rinfo._id;
	iss >> rinfo._date;
	iss >> rinfo._msg;

	cout << "-------------------------------------------------------" << endl;
	cout << "姓名：" << rinfo._name << "(" << rinfo._id << ") ";
	cout << rinfo._date << endl;
	cout << rinfo._name << ":>" << rinfo._msg << endl;
	cout << "-------------------------------------------------------" << endl;

	return 0;
}

注意：

stringstream实际是在其底层维护了一个string类型的对象用来保存结果。
多次数据类型转化时，一定要用clear()来清空，才能正确转化，但clear()不会将stringstream底层的string对象清空。
可以使用s.str("")方法将底层string对象设置为 “空字符串”。
可以使用s.str()将让stringstream返回其底层的string对象。
stringstream使用string类对象代替字符数组，可以避免缓冲区溢出的危险，而且其会对参数类型进行推演，不需要格式化控制，也不会出现格式化失败的风险，因此使用更方便，更安全。